استطاع العلماء في نهاية الخمسينات وبداية الستينات من القرن الماضي من حل سر من أسرار الحياة المهمة، وهو كيف تعمل الجينات. إن المشكلة التي حاول الباحثون حلها هي كيف أن التسلسل الخطي للنيوكليوتيدات الأربع( A و G و C و U ) يحدد تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين المتألف من 20 حاض أميني مختلف .بعد اكتشاف تركيب الـ DNA من قبل James Watson و Francis Crick و Rosalind Franklin، انبثقت محاولات جادة لفهم طبيعة التشفير للبروتين.

تم أول تفسير للشفرة الوراثية على يد العالمين Nirenberg Mathaei عام 1961. أن المجتمع العلمي في مجال تفسير الشفرة الوراثية يعد مديناً لأعمال Nirenberg و Mathaei الذين جرت تجربتهم على مستخلصات بكتريا القولون المزال منها الـ DNA باستعمال الإنزيم الهاضم له (الـ DNase ) لكي لا يتداخل مع نتائج التجربة. وعندما استخدما متعدد نيوكليوتيدي polynucleotide مصنع مختبرياً من اليوراسيل فقط( poly U باستخدام الإنزيم polynucleotide phosphorylase ) (الذي يبلمر النيوكليوتيدات عشوائياً دون الاعتماد على شريط قالب وهو بهذا يختلف عن كافة إنزيمات الـ polymerases والتي لا تعمل إلا بوجود شريط قالب يحدد لها مسارها) ، وأضافاه إلى الوسط ، تم الحصول على متعدد ببتيد polypeptide يحتوي على متعدد الحامض الأميني phenylalanine فقط (poly-phenylalanine) شكل ( 1 – A )

وبشكل مشابه وباستخدام نفس الإنزيم مع تغيير مادة التفاعل، كوّن متعدد الأدنين (poly (A متعدد الحامض الأميني lysine فقط poly-lysine))، و كوّن متعدد السايتوسين (poly (C متعدد الحامض الأميني proline فقط (poly-proline). ولذلك، يشفر متعدد اليوراسيل UUU للحامض الأميني phenylalanine ، ويشفر AAA للحامض الأميني lysine ، ويشفر CCC للحامض الأميني proline شكل ( 1-B ).

شكل (1) : (A) تحديد الشفرة الوراثية باستخدام جزيئة mRNA مصنعة مختبرياً باستخدام رايبونيوكليوتيدة من نفس النوع وهي متعدد اليوراسيل poly U . إضافة هكذا mRNA مخلق إلى المستخلص البكتيري يؤدي إلى تخليق أحماض أمينية من نوع واحد وهي متعدد الفنيل الانين B) .poly-phenylalanine) تحديد الشفرة الوراثية باستخدام جزيئة mRNA مصنعة مختبرياً باستخدام رايبونيوكليوتيدة من عدة أنواع، وهذا يؤدي إلى تخليق أحماض أمينية من عدة أنواع (تصميم المؤلف).

ظلت مجموعة Nirenberg عاجزة عن فك كل رموز الشفرة الوراثية، بسبب عدم توصلها إلى طريقة تمكنها من تخليق متعدد نيوكليوتيدي يتألف من مزيج من النيوكليوتيدات ذو تسلسل معروف. وبقيت الحال هكذا إلى أن وسعت التجارب باستخدام متعددات نيوكليوتيدية مختلطة mixed polynucleotides وكشفت الشفرة الوراثية genetic code بأكملها (شكل 2)، وكان هذا من نصيب العالم الهندي Khorana والذي شخص بقية الشفرة، وذلك من خلال تطويره لوسائل كيميائية مكنته من تخليق متعدد النيوكليوتيد الثنائي -poly dinucleotide ومتعدد النيوكليوتيد الثلاثي poly-trinucleotide من تسلسلات الـ DNA والتي يمكن لها من أن تترجم إلى بروتين. وعندما خلق العالم Khorana وجماعته التسلسل ...CUCUCUC على سبيل المثال، نتج عن هذا التسلسل تكوين متعدد ببتيدي polypeptide متكون من ...leu-ser-leu-ser ، وهذا لا يؤكد فقط بأن الكودون CUC يشفر للحامض الأميني leucine فقط، والكودون UCU يشفر للحامض الأميني serine،  وإنما يثبت في نفس الوقت بأن الشفرة الوراثية ذات طبيعة ثلاثية. وإذا كانت الشفرة ذات طبيعة ثنائية ...CU CU CU CU أو رباعية ...CUCU CUCU CUCU فإنها سوف تؤدي إلى إنتاج متعدد ببتيدي يحتوي على حامض أميني من نوع واحد.

ولكن حتى لو تمكن كل من Nirenberg و Khorana من فك رموز الشفرة الوراثية، ولكن الطريقة التي بواسطتها يمكن للـ RNA من أن يتحول الى بروتين لم تعرف على وجه التحديد، حتى استطاع Holley بعد فترة قصيرة من تشخيص تسلسل جزيئة الـ tRNA ، وهي الجزيئة المتكيفة التي تسهل عملية الترجمة، ليحصل كل من Nirenberg و Khorana و Holley جائزة نوبل في الفسلجة أو الطب تقديراً لعملهم البارع. وذلك في عام 1968.

شكل (2) ترجمة الكودونات المختلفة في جزيئة الـ mRNA الى احماض امينية مختلفة في جزيئة البروتين . تدل كلمة stop على كودون الانهاء stop codon ( تصميم المؤلف )

مواضيع ذات صلة

أوبرون اللاكتوز lac operon

اكتشاف الأوبرون

مثبطات تخليق البروتين .... وسيلة للعلاج

تحوير سلاسل الأحماض الأمينية الجانبية للبروتين (Amino acids side chains modifications)

تحوير التركيب البروتيني ثلاثي الأبعاد (Three dimensional structure modifications)

Error and Damage Correction

فروقات بدء الترجمة بين بدائية وحقيقية النواة

In vitro DNA Replication

Detection and Basic Properties of DNA Polymerases

الرنا المراسل (Messenger RNA (mRNA

إنزيم الـ RNA polymerase

البروموتر the promoter